Acidul dezoxiribonucleic sau ADN este o moleculă care este purtătorul informației genetice în aproape toate organismele vii. Ea conține instrucțiunile biologice pentru dezvoltarea, supraviețuirea și reproducerea organismelor. ADN-ul se găsește în nucleul unei celule, unde este împachetat într-o formă compactă numită cromozom cu ajutorul mai multor proteine cunoscute sub numele de histone. Se găsește, de asemenea, în structurile celulare numite mitocondrii. Cu toate acestea, în cazul procariotelor, ADN-ul nu este înglobat într-un nucleu sau într-o membrană, ci este prezent în citoplasmă. ADN-ul la procariote este în general circular și supraînfășurat, fără histone. ADN-ul stochează informația genetică sub forma unei secvențe de nucleotide în regiuni speciale cunoscute sub numele de gene, care sunt utilizate pentru a produce proteine. Exprimarea informației genetice în proteine este un proces în două etape, în care secvența de nucleotide din ADN este transformată într-o moleculă numită acid ribonucleic sau ARN printr-un proces numit transcripție. ARN-ul este utilizat pentru a produce proteine printr-un alt proces numit traducere. Genomul uman conține aproape 3 – 109 baze cu aproximativ 20.000 de gene pe 23 de cromozomi.

ADN-ul a fost descoperit pentru prima dată de biochimistul german Frederich Miescher în anul 1869. Pe baza lucrărilor lui Erwin Chargaff, James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins și Rosalind Franklin, structura ADN-ului a fost descoperită în anul 1953. Structura ADN-ului este o : două șiruri complementare de polinucleotide care merg în direcții opuse și care sunt ținute împreună prin legături de hidrogen între ele. Această structură ajută ADN-ul să se reproducă singur în timpul diviziunii celulare și, de asemenea, pentru ca un singur șir să servească drept șablon în timpul transcrierii.

• 1 Caracteristicile unei molecule de ADN
  • 1.1 Dubla elice
  • 1.1 Dubla elice
  • 1.2 Baze complementare
  • 1.3 Denaturarea și renaturarea ADN-ului
  • 1.4 Șanțuri
• 2 Funcții biologice
  • 2.1 Replicarea
  • 2.2 Transcripția și traducerea
• 3 Forme de ADN
• 4 Istoria structurii ADN
• 5 Modele de ADN

Caracteristicile unei molecule de ADN

Dubla elice

este formată din două lanțuri de polinucleotide, . În în ADN este alcătuit dintr-un grup legat la 5′ de care este conectat printr-o legătură beta-glicozidică la o purină sau o pirimidină . Rinoza este un determinant principal al formei de ADN care este prezentă. În această scenă, care prezintă ADN B, carbonul 2′ se află în afara planului celorlalți membri ai inelului cu cinci membri. În , carbonul 3′ este în afara planului inelului de riboză.Cele patru tipuri de baze sunt cele două baze purinice cu două inele și și cele două baze pirimidinice cu un singur inel și . Atomii de hidrogen de pe unii atomi de azot și de oxigen pot suferi schimbări tautomerice. Atomii de azot care sunt implicați în formarea tautomerilor apar sub formă de grupări amino sau imino, iar atomii de oxigen sunt fie în formă ceto sau enol. Utilizând o timină izolată pentru a ilustra și . Există o preferință pentru formele amino și ceto, care este foarte importantă pentru funcționarea biologică a ADN-ului, deoarece oferă o cu dezoxiriboză și conduce la specificitatea legăturii de hidrogen în împerecherea bazelor și, astfel, la complementaritatea lanțurilor. Azotul imino poate servi doar ca atom donator în legătura de hidrogen, dar azotul amino poate servi și ca atom receptor. Fiecare nucleotid dintr-un lanț ADN este legat de un altul prin intermediul . Există patru nucleotide în ADN. Coloana vertebrală zahăr-fosfat a ADN-ului este foarte regulată datorită legăturii fosfodiester, în timp ce ordonarea bazelor este foarte neregulată.

A C G T

Purine Pirimidine

Baze complementare

Cele două lanțuri dintr-un ADN sunt unite prin legături de hidrogen între baze specifice. Adenina formează perechi de baze cu timina și guanina cu citosina. Această împerechere specifică de baze între și este cunoscută sub numele de împerechere de baze Watson-Crick. Specificitatea legăturii de hidrogen dintre baze duce la complementaritate în secvența de nucleotide din cele două lanțuri. Astfel, într-un lanț de ADN, conținutul de adenină este egal cu cel de timină, iar conținutul de guanină este egal cu cel de citosină. În general, ADN-ul cu un conținut mai mare de GC este mai stabil decât cel cu un conținut mai mare de AT datorită stabilizării datorate interacțiunilor de stivuire a bazelor.

Denaturarea și renaturarea ADN-ului

Un șir dublu de ADN poate fi separat în două șiruri simple prin ruperea legăturilor de hidrogen dintre ele. Acest lucru este cunoscut sub numele de denaturare a ADN-ului. Energia termică furnizată de încălzire poate fi utilizată pentru a topi sau denatura ADN-ul. Moleculele cu un conținut bogat de GC sunt mai stabile și, prin urmare, se denaturează la temperaturi mai ridicate în comparație cu cele cu un conținut mai mare de AT. Temperatura de topire este definită ca fiind temperatura la care jumătate din șirurile de ADN sunt în stare de dublă elice și jumătate sunt în stare de bobină aleatorie. Șirurile simple de ADN denaturate au capacitatea de a se renatura și de a forma din nou ADN bicatenar.

Caneluri

Într-un ansamblu de baze care sunt împerecheate între ele, dar sunt poziționate în unghi. Acest lucru are ca rezultat o spațiere inegală a coloanelor vertebrale zahăr-fosfat și dă naștere la două șanțuri: the și the de lățime și adâncime diferite. The se află pe suprafața șanțului minor, iar șanțul major se află pe partea opusă. Podeaua sau suprafața șanțului major este umplută cu the . Dimensiunea mai mare a șanțului major permite legarea proteinelor specifice ADN-ului.

Funcții biologice

Surse:

Replicarea

ADN-ul suferă ceea ce este cunoscut sub numele de mod de replicare semiconservativ, în care ADN-ul fiică conține un singur șir de ADN al părintelui. Replicația se desfășoară prin derularea dublei helixuri urmată de primii de sinteză de unde începe replicarea. O enzimă ADN polimeraza sintetizează șiruri complementare fiecărui șir părinte din direcția 5′-3′.

Transcripția și traducerea

Exprimarea genelor în proteine și este un proces care implică două etape numite transcripție și traducere. În etapa de transcripție, un șir de molecule de ADN servește ca șablon pentru sinteza unei molecule de ARN numită ARN mesager. Acest ARN mesager este apoi tradus în proteine pe ribozomi.

Forme de ADN

Pentru o comparație a diferitelor forme de ADN, vezi forme de ADN.

Istoricul structurii ADN-ului

Următorul rezumat este copiat cu permisiune dintr-un Atlas of Macromolecules:

S-a demonstrat că genele rezidă în ADN în 1944 (Avery et al.) și acest lucru a fost acceptat pe scară largă după experimentele din 1952 ale lui Hershey și Chase. Structura dublu elicoidală a ADN-ului a fost prezisă de James Watson și Francis Crick în 1953 (Premiul Nobel, 1962). Predicția lor s-a bazat în parte pe studiile de difracție a razelor X efectuate de Rosalind Franklin, căreia Watson și Maurice Wilkins i-au acordat un credit inadecvat. Dubla helix de formă B prezisă a fost confirmată cu structuri cristaline de rezoluție atomică abia în 1973, mai întâi prin utilizarea dinucleotidelor de ARN (Rosenberg et al.). Prima structură cristalină care conținea mai mult de o spire completă a dublei elice a fost rezolvată abia în 1980 (1bna, 1981, 12 perechi de baze). Decalajul de peste un sfert de secol dintre predicție și confirmarea empirică a implicat dezvoltarea cristalografiei cu raze X pentru macromolecule și necesitatea de a produce o secvență scurtă și definită de ADN pentru cristalizare. Această scurtă relatare se bazează pe o analiză realizată de Berman, Gelbin și Westbrook , unde se vor găsi referințele.

Modele de ADN

Modelul de ADN folosit în scenele din prezentul articol este un model teoretic (Image:B-DNA.pdb), care nu este disponibil în Protein Data Bank. Fișierul PDB nu respectă anumite convenții de format PDB:

• Bazele sunt denumite ADE, CYT, GUA și THY în locul celor standard DA, DC, DG și DT.
• Lanțurile nu sunt denumite. În mod obișnuit, ele ar fi denumite A și B.

Un lanț conține reziduurile numerotate 1-12 în secvența CGCG AATT CGCG. Celălalt lanț conține reziduuri numerotate 13-24 cu o secvență identică (antiparalelă).

Modelurile teoretice reprezintă de obicei o conformație idealizată a ADN-ului, în timp ce ADN-ul real poate avea diverse neregularități, inclusiv îndoituri și curburi (a se vedea exemplele legate de reprimatorul Lac). Există o mulțime de modele empirice pentru ADN, primele devenind disponibile în anii 1970 și 1980 (a se vedea mai sus). În mai 2012, Protein Data Bank conținea aproape 4.000 de intrări care conțin ADN. Peste 1.300 conțin doar ADN, în timp ce peste 2.000 conțin complexe proteină-ADN. Peste 100 de intrări conțin proteine, ADN și ARN, iar peste 100 conțin molecule hibride ADN/ARN.

Pentru mai multe vizualizări interactive ale ADN-ului, consultați DNA.MolviZ.Org, un tutorial care este disponibil în nouă limbi.

.